LabVIEW之生产者/消费者架构

生产者/消费者模式可以轻松地同时处理多个进程，同时还能以不同速率迭代。

缓冲通信

当多个进程以不同速度运行时，就适合采用进程间缓冲通信。有了足够大的缓冲区后，生产者循环可以以快于消费者循环的速度运行，而不会丢失数据。
比如，有一个包含两个进程的应用程序，第一个进程负责数据采集，第二个进程将数据传输到网络上。第一个进程的运行速度是第二个进程的三倍。如果使用生产者/消费者设计模式来实现此应用程序，则数据采集进程充当生产者，网络进程充当消费者。当拥有足够大的通信队列（缓存区）时，网络进程便可以访问数据采集循环采集到的大量数据。这种数据缓存能力能够最大程度地减少数据丢失。

对于在使用队列功能时发生的缓冲通信，如果要将其可视化，请参见范例程序：使用生产者/消费者循环移动LabVIEW窗口

数据采集和处理

在采集需按顺序处理的多组数据时，通常采用生产者/消费者模式。
假设要编写一个应用程序，该应用程序在接受数据的同时，还要按照接收顺序处理数据。由于这些数据的排队（生产）速度比实际处理（消费）速度高出很多，因此生产者/消费者设计模式最适合此类应用程序。通过这种方法，消费者循环可以按自己的速率处理数据，同时生产者循环也可以让额外的数据排队。

试想一下–如果生产者和消费者都在该应用程序的同一循环中，为了匹配数据处理速度，数据采集速度就会变慢。 这就是按进程、数据采集（生产者）和处理（消费者）对代码进行分解的好处。 

网络通信

网络通信需要两个进程同时以不同的速度运行：第一个进程将不断轮询网络线路并检索数据包，第二个进程将提取第一个进程检索的这些数据包并加以分析。在此范例中，第一个进程充当生产者，因为它向第二个进程提供数据，而第二个进程则充当消费者。这时就非常适合使用生产者/消费者设计模式。并行的生产者循环和消费者循环要同时检索和分析网络外数据，两个循环之间的排队通信可以对检索到的网络数据包进行缓存。这种缓冲在网络通信繁忙时就显得非常重要。借助缓存，数据包的检索和传输速度可以超过分析速度。

队列消息处理

排队消息处理器架构是生产者/消费者架构的一个特殊版本。数据队列用于为生产者/消费者设计模式中的循环之间传递数据。这些队列提供了一个优势，即生产者和消费者循环间的数据缓冲。

生产者/消费者设计模式由并行循环组成，这些循环分为两类：生产者循环和消费者循环。生产者循环和消费者循环间的通信可以使用队列或通道连线来实现。

队列

LabVIEW内置的队列操作VI可在函数选板>>数据通信>>队列操作( Functions>> Data Communication >> Queue Operations)中找到。

队列基于先进/先出理论。在生产者/消费者设计模式中，队列可以在生产者循环和消费者循环之外初始化。生产者循环为消费者循环生成数据，所以会向队列添加数据（将数据添加到队列中称为“入列”）。

消费者循环将从该队列中删除数据（从队列中删除数据称为“出列”）。因为队列基于先进先出原则，所以消费者总是按照生产者向队列添加数据的顺序对数据进行分析。图1显示如何在LabVIEW中创建生产者/消费者设计模式。

图1：生产者/消费者设计模式

注意：该图像是一段LabVIEW代码，其中包含在您项目中可以复用的LabVIEW代码。要使用该代码段，请右键单击图像，将其保存到计算机，然后将文件拖到LabVIEW框图上。 

LabVIEW中提供有关于使用队列的范例，可作为应用程序开发的起点。如果要搜索这些范例，可在LabVIEW范例查找器中搜索“队列”(Queue)。

通道

LabVIEW 2016新增了通道连线功能。通道连线可以实现与队列相同的功能。

在队列中，您可以设置队列引用（获取队列）、添加数据（入列）和删除数据（出列），然后关闭队列引用（发布队列）；使用通道(Channels)功能，该过程将简化为仅设置数据的Writer和Reader。

有关通道连线和入门模板的更多信息，请参见《LabVIEW帮助文档：使用通道连线在代码的并行部分之间通信数据》

在处理生产者/消费者设计模式时，需要注意一些注意事项，例如，队列的使用和同步。

队列使用

问题： 队列被绑定到特定的数据类型。因此，生产者循环中产生的每个不同数据条目都需要放置到不同的队列中。这可能带来一个问题，那就是增加了程序框图的复杂性。
解决方案： 队列可以接受数组和簇等数据类型。每个数据条目都可以放到一个簇中。这样就会掩盖簇数据类型背后的各种数据类型。图1使用通信队列执行簇数据类型。

同步

问题： 由于生产者/消费者设计模式并非基于同步，循环初次执行时并不遵循特定的顺序。 因此，在一个循环之前启动另一个循环可能会导致问题。

解决方案： 可以通过将事件结构添加到生产者/消费者设计模式解决这类同步问题。 图2显示了实现这一功能的模板。 有关同步功能的更多信息，详见“相关链接”部分下方。

图2：在生产者/消费者设计模式中使用事件结构

 注意：该图像是一段LabVIEW代码，其中包含在您项目中可以复用的LabVIEW代码。要使用该代码段，请右键单击图像，将其保存到计算机，然后将文件拖到LabVIEW框图上。 
 

• LabVIEW帮助文档：LabVIEW中的数据通信方法